（计算机应用技术专业论文）gis中的城市规划技术及实现研究.pdf

华北电力人学硕十学位论文摘要 摘要 本文介绍了与g i s 相结合的网络技术，深入研究了基于组件的软件丌发方法， 简要介绍了g i s 系统的重要性及发展情况。通过设计一个城市规划交通管理系统， 明确了基于组件的软件丌发方法的步骤。综合本文的研究工作，解决了以下几个问 题：( 1 ) 根据g i s 中的城市规划技术的特点，研究了基于组件的应用程序发模型；( 2 ) 对g i s 中的城市规划技术进行分析，给出了一个基于嵌入式组件技术的g i s 软件开 发的实施方案；( 3 ) 设计了一个城市规划管理信息系统，给出了系统的目标和功能安 排；( 4 ) 对系统中关键的功能模块设计作了较为细致的解释。 关键词：组件，基于组件的软件开发，地理信息系统 a b s t r a c t i th a sb e e ni n t r o d u c e di nt h e p a p e ro fn tt e c h n o l o g yo nt h ea s p e c t o fi t s c o m p o s i t i o nw i t hg i s ，t h em o s tg r e a tp a r to fm yw o r ki so nt h er e s e a r c ho fc o m p o n e n t b a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n dt h el e a s ei sont h ei n t r o d u c t i o no ft h ei m p o r t a n c ea n d d e v e l o p m e n to fg i s w i t ht h ed e s i g no fa nu r b a np l a n n i n gi n f o r m a t i o ns y s t e m ，o n ec an b ec l e a ra b o u tt h ew a yw ed oo u rd e v e l o p m e n to fs o f t w a r eb a s e d0 1 1c o m p o n e n t ，a n dt h e f o l l o w i n gp r o b l e m sh a v eb e e ns o l v e d ： ( 1 ) w er e s e a r c hc o m p o n e n tb a s e da p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n tm o d e la c c o r d i n g t ot h e a n a l y s i so ft h eu r b a np l a n n i n gt e c h n o l o g yi nt h ed o m a i no fg i s ； ( 2 ) w i t ht h ea n a l y s i so ft h eu r b a np l a n n i n gt e c h n o l o g yi nt h ed o m a i no fg i s ，w eg a v eo u r r e s o l u t i o no fa ne m b e d d i n g c o m p o n e n tb a s e dg i ss o f t w a r ed e v e l o p m e n t ； ( 3 ) w ea l s od e s i g n e da l lu r b a np l a n n i n gm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，i nw h i c hw e e x p r e s s e di t so b j e c ta n df u n c t i o n a ls e t t i n g ( 4 ) t h em a i np a r to f t h ef u n c t i o n a lm o d u l eh a sb e e ne x p l a i n e d k e yw o r d s ： c o m p o n e n t ，c o m p o n e n t b a s e ds o f t w a r e d e v e l o p m e n t ， g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m c h e nj u n ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f s o n gy u 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文g i s 中的城市规划技术及实现研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导卜进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：丝堡： 日期：a 题毫，汹 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅：学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 翮签耵抠 日期： ! 卫堕：知 华北电力人学硕i + 学位论文 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是对空间数据进 行输入、存储、检索运算、分析、建模、显示、输出的计算机系统，是集空间科学、 遥感测绘学、现代地理学、信息科学、计算机科学、环境科学和管理科学为一体的 新型边缘学科，并且迅速形成一门融上述各学科及其各类应用对象为一体的综合性 高新技术。它不仅可管理数据、文字信息和图形，而且是以空间数据为研究对象， 以计算机为工具，将不同来源，不同类型的数据和相关的属性信息进行有机的结合 和综合分析查询，实现计算机信息处理，是综合处理和分析空间数据的二种有效的 新技术系统。同时，它具有及时、迅速、准确、完整地查询各种资料信息，实现图 形与属性数据的空问查询、分析计算及编制专题地图等功能。并具有良好的兼容性 和资源共享等优点。 从系统角度看，在未来的几十年内，地理信息系统将向着互操作、多维化 ( 3 d & 4 dg i s ) 、构件化、网络化、面向对象等方向发展。下面分别谈一下上述几 种新型的地理信息系统。 ( 1 ) 互操作地理信息系统( i n t e r o p e r a b l eg i s ) 目前的地理信息系统大多是基于具 体的、相互独立和封闭的平台开发的，它们采用不同的数据格式，对地理数据的组织 也有很大的差异。这使得在不同软件上开发的系统之间的数据交换存在困难，采用 数据转换标准也只能部分地解决问题。另外，不同的应用部门对地理现象有不同的理 解。对地理信息有不同的数据定义，这就阻碍了应用系统之间的数据共享，带来了 领域间共同协作时信息共享和交流的障碍，限制了地理信息系统处理技术的发展。 互操作地理信息系统( i n t e r o p e r a b l eg i s ) 的出现解决了传统g i s 开发方式带来 的数据在语义表达上不可调和的矛盾，这是一个新的g i s 系统集成平台，它实现了 在异构下多个地理信息系统之间的互相通信和协作，以完成某一特定任务。 ( 2 ) 三维及四维g i s ( 3 d & 4 dg i s ) g i s 处理的空间数据，从本质上说是三维连续 分布的1 2 3 4 l 。但是，目前g i s 的主要应用还停留在处理地球表面的数据上，大多数 g i s 平台都支持点、线、面三类空间物体不能很好地支持曲面或体。另外地理 信息系统所描述的地理对象往往具有时间属性，加入时问维的3 dg i s 形成了4 d g i s 。随着时间的推移，地理对象的特征会发生变化，而这种变化可能是很大的 但目前大多数地理信息系统，都不能很好地支持地理对象和组合事件时间维的处 华北电力人学硕十学位论文 理。许多g i s 应用领域的要求都是基于时问特征的，如区域人口的变化、平均年龄 的变化、洪水最高水位的变化等。对于这样的背景，仅采用作为属性数据库中的一 个属性不能很好地解决问题因此，如何设计并运用四维g i s 来描述、处理地理对 象的时态特征也是g i s 的一个重要研究领域。 ( 3 ) 构件式g i s ( c o m g i s ) 构件式软件技术成为了当今软件技术的潮流之一，它 的出现改变了以往封闭、复杂、难以维护的软件开发模式。c o m g i s 是顺应这一潮 流的新一代的地理信息系统，是面向对象技术和构件式软件技术在g i s 软件开发中 的应用。 c o m g i s 的基本思想是把g i s 的功能模块划分为多个控件，每个控件完成不同 的功能。各个g i s 控件之问，以及g i s 控件与其它非g i s 控件之间，可以方便的通 过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的g i s 应用。控件如同一堆各式各样 的积木【5 1 ，分别实现不同的功能( 包括g i s 和非g i s 功能) ，根据需要把实现各种 功能的“积木”搭建起来，就构成地理信息的基础平台和应用系统。组件软件的可 编程和可重用的特点为系统开发商提供有效的系统维护方法的同时，也为g i s 最终 用户提供了方便的二次开发手段。因此，c o m g i s 在很大程度上推动g i s 软件的系 统集成化和应用大众化，同时也很好地适应了网络技术的发展，是一种w e b g i s 的 解决方案。 ( 4 ) 网络g i s ( w e b g i s ) 飞速发展i n t e r n e t i n t r a n e t 已经成为g i s 新的系统平台， 利用i n t e r n e t 技术在w e b 上发布空间数据供用户浏览和使用是g i s 发展的必然趋势。 从w w w 上的任一节点，i n t e r n e t 用户可以浏览w e b g i s 站点中的空间数据、制作 专题图、进行各种空间检索和空间分析，这就是基于w w w 的地理信息系统 ( w e b g i s ) 。w e b g i s 要求支持i n t e r n e t i n t r a n e t 标准，具有分布式应用体系结构， 它可以看作是由多主机、多数据库与多台终端通过i n t e m e t i n t r a n e t 组成的网络，其 网络c l i e n t 端为g i s 功能层和数据管理层，用以获得信息和各种应用，网络s e r v e r 端为数据维护层提供数据信息和系统服务。w e b g i s 是g i s 走向社会化和大众化的 有效途径，也是g i s 发展的必由之路。 ( 5 ) 嵌入式g i s 这是g i s 与新兴嵌入式硬件相结合的一个产物，是原有g i s 领域 的分支与延伸、补充与发展。嵌入式g i s 从一出现就与应用密切相关，从车载自导 航到野外测绘都是嵌入式g i s 面临的市场需求。因此，确切地说，嵌入式g i s 是一 个新兴的应用领域。它需要三个方面的支持：硬件平台、多操作系统的支持，g p s 的支持。移动互联的支持。移动通信一直与嵌入式密切相关，对移动互联的支持也 是嵌入式g i s 研究的另一个重要的方向。 ( 6 ) 面向对象的g i s 面向对象的方法为人们通过计算机直接描述现实世界提供了 华北电力人掌坝十学 市论文 一条适合于人类思维模式的方法，面向对象技术的应用为描述复杂、庞大的空间信 息提供了一条直观、结构清晰、组织有序的途径。在面向对象的g i s 中，以对象为 基础，所有的地物以对象的形式封装，消除了分层的概念，使系统组织结构良好、 清晰，便于用户的操作和使用。 1 2 国内外研究现状 从应用领域的划分入手，来分析g i s 在国内外的应用现状【6 j 归纳起来有两种情 况，一是利用g i s 系统来处理用户的数据：二是在g i s 的基础上，利用它的函数库 二次开发出用户的专用的地理信息系统软件。其主要的应用模式有八种： ( i ) g i s 在地理空间数据管理中的应用：如a r c i n f o 在公路管理中的应用； a r c ! n f o 在对市政设施管理中的应用： ( 2 ) g i s 在空间分析评价与模拟预测中的应用；如美国资源部和威斯康星州合作建 立了以治理土壤侵蚀为主要目的多用途的专用的土地g i s ； ( 3 ) g i s 的空间查询和空间分析功能的应用：这方面应用例子有很多，例如在城市 规划过程中，对城市中救护车、救火车的分布位置以及行车路线和控制的规划；如 何安排多路警车交通路线，以保证在紧急时刻，在任意地方应至少能有一辆警车在 事发后最短时间内赶到出事地点；在环境保护方面，对水土流失导致土地资源的破 坏进行评价；在区域环境质量现状评价过程中，对整个区域的环境质量进行客观地、 全面地评价等等。 ( 4 ) g i s 的输出功能在地图制图中的应用；可以为用户输出全要素地形图，也可以 根据需要分层输出各种专题图，如行政规划图、土地利用图、道路交通图等。 ( 5 ) 运用g i s 系统，建立起专题信息系统和区域信息系统：专题信息系统如水资 源管理信息系统、矿产资源信息系统、草场资源信息系统、水土流失信息系统等。 这种信息系统具有有限目标和专业特点，系统数据项的选择和操作功能是为特定的 目的服务。区域信息系统如加拿大国家信息系统、美国o a k r i d g e 地区模式信息系统 等。这类系统主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模， 其特点是数据项多，功能齐全，通常具有较强的开放性。 ( 6 ) g 1 s 与遥感图像处理系统的结合的应用；遥感数据是g i s 的重要信息源，目前 大多数g i s 系统把图像处理作为一个子模块。如海湾战争期间，美国国防制图局为 提供实时服务，建立了g i s 与遥感的集成系统。 ( 7 ) 应用g i s 一些二次开发函数库开发出具有特定功能的软件系统：如国家九五 项目“紧缺金属资源快速勘测评价系统”。 华北电力人学硕 学位论文 ( 8 ) g i s 中属性数据的综合及融合；如国家九五项目“紧缺矿产资源丌发评价系统”。 g i s 具有无限宽广的应用领域同时还出现了一些新的发展动向。 首先是将构件技术应用于g i s ，地理信息系统的主要功能是实现空间数据操作 的自动化并辅助入进行分析决策，基于构件的g i s 应用软件开发模型既能方便地描 述客观系统，又能真实地反映客观世界。 从功能的方面，主要是实现从现实系统到软件系统的转变。即通过抽象化，将 现实客观系统用逻辑系统表达出来，提取出重用的构件，建立数据库。在此基础上 通过软件集成、包装、组织，建立系统软件。 从开发过程讲，基于可重用构件的g i s 应用软件开发模型应包含三大部分：需 求获取、领域分析和软件集成。 在基于构件技术的地理信息系统应用软件开发过程中，软件的开发平台及工具 的选择是很重要的，它既直接关系到软件系统的运行速度和效率，又影响到硬件的 配置。当前，市场上有许多成熟的开发平台和工具，如v b 、p b 、v c 及d e l p h i 等， 采用面向对象的应用程序开发方法1 7 1 。 其次，g i s 在城市规划中既作为数据库目前也已经成为城市规划中的一个必 不可少的工具。从它作为数据库的角度来讲，空间数据和属性数据可以存储并且使 用地理关联模型联结起来，方便数据的检索和查询。从它作为工具的角度讲，规划 人员可以使用诸如地图叠置和缓冲分析等许多图形处理功能来进行空间分析。 基于g i s 所做的城市规划活动可以分成两类操作：使用诸如道路、桥梁或建筑 物等对象的矢量模型对环境进行描述或使用土壤类型或用地类型的等区域的栅格 模型对环境进行描述。其中数据库管理、可视化、空间分析以及空间建模是g i s 在 城市规划中的主要应用。规划者可以通过空间查询从数据库中提取有用的信息，这 些信息可用于探究社会经济以及环境数据的分布情况，并且显示空间分析建模的结 果。 最后，与网络技术相结合产生了w e b g i s 。 与传统的地理信息系统相比，w e b g i s 具有以下特点：( 1 ) 全球范围的c s ：( 2 ) 大量降低成本。因为每个客户端只需要配置w e b 浏览器和相关的插件：( 3 ) 操作简 便；( 4 ) 具有良好的扩展性。因为很容易与w e b 中的其它服务进行无缝集成可以 建立灵活多变豹应用g i s 系统；( 5 ) 平台独立性。因为采用j a v a 编程得到的软件可 以“一次编程，到处运行”；( 6 ) 维护社会化。 解决w e b g i s 的根本问题在于采用分布式的对象技术，也是最终解决速度问题 的办法。分布式对象技术是建立在组件技术的概念上的，其核心是用统一的标准通 华北电力人学硕十? ：何论义 信协议来解决对象的跨平台的连接和交互的问题。日前，规范组件的连接和通讯的 标准有两个：一个是对象管理组提出的c o b r a ，另个是微软公司的d c o m 。但 是c o b r a b a v a 在运行速度上仍不如d c o m a c t i v e x ，目前完全基于j a v a 的w e b g i s 还没有正式的产品面市。基于分布式对象技术的w e b g i s 可以称为分布式对象 w 曲g i s 。将力维网与g i s 结合满足了资源共享的需要，但是，商用w 曲g i s 软件的 发展还不成熟，并且网络安全问题也不可小视，这都是今后w 曲g i s 研究的重点。 在城市环境监测方面，现有的系统能够耦合诸如遥感信息技术并在此基础之上 做统计来实现对城市土地利用尤其是对土地使用的改变所引起的城市总的输入输 出的变化的掌握，从而为城市的规划决策提供依据。 比如，在城市变化检测方面，提出了将基于知识的解析过程应用到低分辨率卫 星图像上，以便监测环境恶化进程并为环保工作提供信息还提出了使用包括卫 星和地理空间数据在内的多源数据研究城市化对土地生产力的影响【lo 】；在城市土地 规划方面，有研究城市土地利用对于生念影响的效果的f i0 1 2 j ，采用基于遥感的方法 进行研究，并且以地理信息系统作为各种数据的组织和融合的方式。 在城市交通规划和管理方面，提出了一种提高交通安全的车载方法，研究了面 向车辆安全的地理信息系统的利用和集成i l ”。 地理信息系统处理的对象范围主要是矢量地图或栅格地图数据，比如，在高分 辨率的卫星图像上的道路提取的研究1 1 4 j ，研究在海量的地理信息数据中进行空间数 据挖掘【1 5 , 1 6 1 ，为了提高地理信息的检索效率，对空间检索采用图像压缩方法的【1 7 】。 还有更多的研究集中在发展地理信息系统本身的内涵，研究如何采用工具来完 成地理信息系统的功能，例如将对象技术应用于地理信息系统以及其它空间数据库 系统的开发过程来提高这些系统的建模能力以及功能性；针对电力资源分布的特点 而专门开发的空间分析工具用来评估这种电力分布下的渐增成本f l 引；对于核设施周 围在紧急状况下的人口分析技术的研究。 在朝着更加集成化和智能化方向发展的例子有智能传输系统和地理信息系统 的结合进行医疗车辆指挥和调遣的1 2 0 1 。 以及对于空间数据库的查询语言本身的研究【2 】：还有对于分布式地理信息系统 中的可视化建模语言的研究等等。 华北电力人学硕十学位论文 1 3 本文的研究内容 本文的课题是g i s 中的城市规划技术及实现研究，是以地理信息系统技术为背 景去研究城市规划技术实现的可能性。城市规划技术所处理的范围包括城市土地规 划，城市交通规划和管理，城市环境规划和监测，城市变化检测等等。其中的每一 个方面，目前都已经有相应的信息系统在处理和运作。 本文的着眼于以地理信息系统为背景和出发点，从城市规划技术理论角度上认 识，思考分析并设计出一个城市规划的模型系统作为落脚点。其中由于互联网等 网络的强劲有力，导致很多信息系统急于要与世界接轨，网络技术本身的脆弱性成 为阻碍技术更新换代的绊脚石。以上的种种问题，本文都将一牵涉。 但是，本文的主要方向，是以软件工程的视角来看待g i s 的发展，尤其是g 1 s 想要进入到实用化的阶段，必然要求技术革新。近年来，g i s 本身的技术体系也愈 加成熟和完善，因为g i s 始终是一门边缘交叉学科，这都归功于诸如三维可视化技 术、构件技术、网络技术等核心技术的强劲带动作用。因此，本文主要着力于地理 信息系统开发模式的借鉴、地理信息系统网络发布的实现技术及其不足的考察、普 遍网络安全问题以及地理信息技术的核心问题一一空间数据的获取、存储、传播和 输出等问题的推敲与归纳。 地理信息系统作为辅助城市规划的手段，有其不可替代的作用。城市地理信息 系统作为地理信息系统的一个分支，目前已经得到了许多城市，有关政府部门的高 度重视，许多数字城市项目上马，许多已有的自动化程度并不高的系统季导到了改进， 尤其是在获取大规模空间信息的手段上体现出来了。 在这样一个背景下，城市规划技术中原先蕴涵的对地理信息的先天的依赖性就 浮出水面，因此，本课题正式把城市规划技术放到了地理信息技术背景下去研究， 从而自然地得出了该领域中的领域需求和问题现状，设计了改进方案的，给出了一 个城市规划的模型系统的实现研究供大家参考。 1 4 小结 地理信息系统近年的迅速发展，其内涵和外延在不断拓展。g i s 未来的发展主 要表现为传统g i s 在内容( 3 d & 4 dg i so b j e c t - o r i e n t e dg i s ) 和结构( i n t e r o p e r a b l e g i s ，c o m g i s ，w e b g i s ) 两方面的完善。第二章介绍相关的知识和理论，接下来 的两章分别研究了城市规划技术以及给出了一个城市规划的模型系统的设计。最 后对本人的研究工作进行了总结和展望。 华北电力人学硕十学位论文 2 1 城市规划技术介绍 第二章相关知识及理论 城市是人与地关系的焦点，是社会经济发展中地区性的内外循环相互作用的中 心。人类社会、经济和科学技术的进步促进了城市的发展，而高度城市化的结果使 得城市中人流、物流、能流和信息流高度运行，正面表现为经济财富的增值、人类 智慧和高科技力量的高度集中，负面效应则是造成严重的水、大气、环境污染，自 然灾害侵害增加。城市化进程带来的问题使得人们同益认识到合理、科学的城市规 划的重要性。每个城市都应从其可持续发展前景出发，选择它的最佳规划方案，优 化其功能布局，因而在先进的计算机技术和遥感、空问定位、特别是地理信息系统 技术及其集成的影响下，城市规划信息系统应运而生1 2 “。 2 1 1 城市规划的理论 由于区域规划最终要落实到城市规划和布局的具体实践中，而区域理论对于区 域规划起到了重要的理论指导和科学性保障的作用，由此可见，城市规划和布局也 要遵循区域理论的指导，所以我们有必要了解区域规划理论的内容p ”。 代表性的区域规划理论主要有：区域资源差异与分工协作理论，区域产业结构 的关联和地域生产综合性理论，空间扩散理论和现代区域相互作用理论及增长极核 理论。其中，增长极核理论是各个现代区域发展组织理论中论述比较完备的、实际 运用十分广泛的最具有代表性的理论。由于实际上增长极核理论包括了区域理论的 很多分支理论如经济基础理论、空间集聚理论、扩散理论等，因此很多学者认为此 理论是一般区域发展空间组织理论的基础，有潜力发展成为完备的理论。作为一种 政策工具，增长极核理论已先后在意大利、巴西、法国、英国等国家的区域规划中 得到应用，经验证明其成功的因素在于预先周详的计划和决心：增长极核本身优越 的地理条件和完备的基础设施：成功的政策设计等。这一理论也被我国区域规划和 生产力布局部门所接受，以增长极核理论为基础的点轴开发模式得到了广泛推行。 2 1 2 城市规划信息系统 城市规划信息系统是利用计算机技术对城市规划信息进行获取、处理、存储、 管理、分析及辅助决策支持的系统。 任何信息系统，最重要的就是信息本身。城市规划信息系统中所包括的城市规 华北电力人学硕十字何论文 划信息可分为：i 、支持城市规划的信息，如基础地形、地质、地籍、社会经济统 计、地价信息等，这一部分与地理信息系统的关系最为密切；2 、规划产生的信息， 如规划的法规、规章、规范、图则等，这是规划编制、规划立法和规划管理的最终 结果和趋势。 2 1 3 当前城市规划信息系统开发中存在的问题 大多数g i s 软件在国内外城市规划管理应用中，或是基于文件系统，或是基于 关系型数据库，虽然具有较强大的功能，但在体系结构上，对城市规划空间数据和 属性数据统管理等技术问题尚没有完全解决，难以形成实际运行的城市规划管理 业务应用系统，尚无法发挥城市规划管理信息系统的优势。这些问题主要体现在以 下几个方面。 ( 1 ) 图形数据与属性数据的一体化问题 规划管理工作的特点是日常工作离不丌图和表：规划管理过程各阶段需要不同 的图形参考资料、表格和数据：各阶段之间要不断地比较参考；各阶段又要产生一 定量的图和表；各个不同专业的管理之间要交叉引用图、表，各个不同的专业管理 要进行不同类别的统计：各专业各阶段均要使用大量的绘图、编辑、量算、比较等 工具。凡此种种都对图形数据和属性数据处理的要求具有阶段性、交叉性、继起性 和可计算性，要求图、文、表贯穿规划管理全过程。因此，城市规划信息系统若仍 以关系型数据库存储属性数据，而图形数据用文件方式存储，则将使两种数据不能 真正达到统一，从而极大地影响数据库的检索查询速度甚至整个系统的效率1 2 “。 ( 2 ) 数据组织问题 目前对城市规划信息系统进行数据设计时，基本上是建立在对图的处理模式上 进行的。传统地图数据生产注重制图、符号的表现，注重图饰效果，但对信息组织 的原则重视不够。如将地物类的符号表达作为要素加以采集，将现实世界中本应相 连的事物，在图上却由于制图的需要将其断开等等。当需要建立信息系统时，需要 建立辅助办公、管理的应用系统、专用系统，这些数据将会暴露许多问题。 ( 3 ) 规划管理办公的问题 城市规划管理办公主要是办理建设项目选址意见书、建设用地规划许可证和建 设工程规划许可证，即所谓“一书两证”，过程的申报审批、跟踪督办、流转控制、 周期控制、核发证书等业务和数据流程都需要图形属性数据贯穿其中，这种业务通 常还具有“长事务”的特征。 ( 4 ) 网络模式问题 华北电力人学硕1 - ：i ：值论文 目前我国在建设城市规划信息系统中多采用前后台的工作模式，网络模式一般 为局域网上的c s 结构。但是，这种两层主从式体系结构的s 就是服务器只有一级， 为保证多用户下空间数据的完整性，与c 就是客户机交换数据时往往限定在图层级 上，即上下级的数据交换基本上以图层为单元进行。在这种情况下，当客户端进行 地理实体编辑或更新时，未实现真正意义上的远程过程调用功能( r p c ) 。 2 2 互联网时代的地理信息系统 2 2 1 万维网地理信息系统 互联网是由多个不同的网络通过统一的网络协议( t c p i p ) 和通用的地址体系 ( i p 地址) ，实现互连互通，采用自由、开放式的网络组织方式是一个连接世界 各地不同计算机系统的全球性的、开放式的系统【2 5 2 6 j 。 万维网( w w w 或w e b ) 采用客户机服务器( c s ) 的结构模式j 27 1 。服务器( s e r v e r ) 负责各类数据、文件、图形、影像的存储、维护和管理，以及处理查询、访问等要 求。客户机( c l i e n t ) 则负责人机界面的操作，发出请求及显示返回的信息。客户机 是专门为用户提出请求的计算机终端或图形用户接口，而服务器则用来实现这些要 求，提供所需的信息。 互联网和地理信息系统结合的产物一一万维网地理信息系统( w e b g i s ) 是实现 g i s 互操作的条最优化途径，利用i n t e r n e t 技术g i s 能更方便灵活地为用户服务， 是一种新的技术方法。其独特之处表现在如下几个方面1 2 ”。 ( 1 ) w e b g l s 是集成的客户机，服务器网络系统。客户机月艮务器概念的提出就是要 求将客户机和服务器的任务进行分解，从而达到各司其职，即用户通过客户端发出 请求并通过网络传输给服务器，服务器对客户端的请求进行处理，然后又通过网络 将处理后的结果发回给客户端，于是用户可以接收到来自服务器的处理数据甚至是 分析工具。 ( 2 ) w e b g i s 是交互操作系统。通过超链接，w w w 在i n t e m e t 上提供最自然的交 互性。一般的w e b 页面是静态的图形和文本，而且这些图形基本上是j p g 或g i f 格式的文件，因此，无法进行哪怕是最简单的分析。而应用w e b g i s 技术可以使用 户在i n t e r n e t 上操作g i s 数据因此，不仅能实现一些g i s 的基本功能，例如：放 大、缩小、平移和一些简单豹查询，还能进行距离量算、缓冲区分析、网络分析和 复杂s q l 查询等功能。 ( 3 ) w e b g i s 是分布式系统。i n t e m e t 本身的个特点就是它可以访问分布式数据 库和执行分布式处理，w e b g l s 正是利用i n t e r n e t 的这个特点将g i s 数据和分析工具 9 华北电力人学硕十学位论文 分布在网络的不同计算机中，这两者是相互独立的组件和模块。用户可以通过网络 向服务器提出访问g i s 数据和使用g f s 软件，然后服务器刈用户请求进行响应，并 将处理结果通过网络传递给用户，则用户无须安装昂贵的g i s 数据和g 1 s 软件。 ( 4 ) w e b g i s 是动念的系统。正是由于w e b g l s 是分布式系统，其数据库和应用 g i s 软件只要进行了更新，那么在i n t e m e t 上传递的数据和实用的g i s 软件就是最 新的，因此，w e b g i s 和数据源是动态连接的，数据源进行了更新，等同w e bg 1 s 进行了更新，这样保证了g i s 数据和g i s 软件的现势性。 ( 5 ) w e b g i s 是跨平台系统。w c b g i s 允许访问不同的平台，它并不要求用户是在 什么操作系统下工作，只要能连接到i n t e r n e t 上即可。 ( 6 ) w e b g i s 是图形化超媒体信息系统。使用w e b 上超媒体系统技术，w e b g l s 可 以通过超链接的方式连接到不同的地图页面，如今已有网上电子地图，通过点击某 个链接，就可以进入到相应的页面，进一步对该地理实体进行更详尽的查询。同时， 它还可以以声音、视频等多媒体的形式嵌入到网页中，极大丰富了g i s 内容的表现 方式。 w e b g l s 的实现技术主要有以下几种【2 9 】。 ( 1 ) c g i 方法。 c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) 是一个用于w e b 服务器和客户浏览器之间的 特定标准，它允许用户通过网页的命令来启动一个存在于服务器主机的程序，并接 收到这个程序的输出结果。利用它可以生成图像，然后传递到客户端浏览器，但实 际上，大多数g i s 软件不能直接作为c g i 程序连接到w e b 上，但可以通过c g i 启 动后端的批处理制图软件技术或启动后端视窗g i s 软件技术来实现。 ( 2 ) s e r v e r a p l 方法。 它类似于c g i ，不同之处是c g i 程序是单独可以运行的程序，而s e r v e r a p i 是 依附于特定的w 曲服务器，其移植性差，但s e r v e r a p i 在启动后会一直处于运行状 态，所以速度较c g i 要快。 ( 3 ) 插件方法。 上述两种方法中用户得到的信息都是静态的，用户无法对其感兴趣的信息作进 一步的操作，利用插件技术可以较好地解决这一问题。利用浏览器插件，可将部分 服务器的功能转到客户机，而且插件处理和传输的是矢量格式的空间数据，故数据 量较少，加快了用户操作的反应速度，减少了网络流量和服务器负载。其不足之处 在于：由于它本身是一个信息交换软件。使用前，要进行安装，给用户带来不便。 ( 4 ) j a v a a p p l e t 方法。 1 0 华j 七【u 力人学硕十学 t 论文 w e b g l s 插件可以同浏览器一起有效地处理空间数据，但其缺点也是明显的， 即它的计算集中在客户端，即所谓的“胖客户”。而对于c g i 方法和s e r v e r a p l 方法， 数据处理在服务器端进行，即所谓的“瘦客户”。利用j a v a 语言可以弥补许多传统 方法的不足，其最大的优点在于跨平台特征一一“w r i t eonce，runa n y w h e r e ”。此外 j a v a 语言本身支持例外处理、网络、多线程等特性，并具有良好的可靠性和安全性 能。运用j a v a a p p l e t 实现w e b g i s 优于插件方法，体现在：( 1 ) 运行时，a p p l e t 可 以从服务器上下载，而不需要安装：( 2 ) 由于j a v a 语言本身支持网络功能，可以实 现a p p l e t 与服务器程序的直接连接，从而使数据处理操作既可以在服务器上实现， 也可以在客户端实现，以实现两端的负载平衡。 ( 5 ) a c t i v e x 方法。 它是在m i c r o s o f t 的o l e 技术基础上发展起来的，其基础是d c o m ( d i s t r i b u t e c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) ，它不是计算机语言，而是一种技术标准。可以同j a v a a p p l e t 一样嵌入到h t m l 文件中，在因特网上运行。不足之处在于它只支持w i n d o w s 平台。并由于可以进行磁盘操作，其安全性差，优点是它的运行速度快，可以通过 多种语言实现，并可复原原有g i s 软件的源代码，提高了软件的开发效率。 2 2 2 网络地理信息系统中数据传输安全的探讨 目前所构造的网络地理信息系统，它们在数据传输上具有如下特点po j ： ( 1 ) 客户端与w e b g i s 服务器端基本都需要采用基于h t t p 协议的w e b b r o w s e r w e bs e r v e r 方式来进行双方之间的数据传输。 ( 2 ) 客户端与w e b g i s 服务器之间的数据传输基本上是以明文方式进行。虽然通用 的浏览器( n e t s e a p e 的n a v i g a t o r 和m i c r o s o f t 的l e ) 和w e b 服务器，目前都可以提供 一些安全功能，但是由于国外对安全产品出口限制以及国内对安全产品使用方面的 些规定这些功能还不能适应国内的应用需求。 ( 3 ) 客户端与w e b g i s 服务器之间不能准确地确定对方的真实身份。 基于上述特点网络地理信息系统在数据传输方存在的安全隐患有以下几个： ( 1 ) 对用户身份的仿冒 攻击者盗用合法用户的身份信息，以仿冒的身份与服务器端通信，骗取信息。 ( 2 ) 对网络上信息的窃取 攻击者在网络的传输链路上，通过物理或逻辑的手段。对合法用户与服务器端 之间传送的数据进行非法截获与监听，从而得到其中的敏感信息。 ( 3 ) 对网络上信息的篡改 华北电力人+ 7 ：硕十学何论文 攻击者可能对网络上合法用户与服务器端之问传送的数据信息，进行截获并且 篡改其内容( 增加、截去或改写) ，使数据信息的接收方无法得到真实的数据信息。 2 , 2 2 1 网络地理信息系统数据传输的安全需求 ( 1 ) 数据保密通过某种方法对需要传送的数据进行加密，以保证在被非法截取的 情况下，未授权的用户无法得知其中包含的真实信息。 ( 2 ) 数据完整性需要通过某种方法来确认接收到的数据在传输过程中没有被篡改。 ( 3 ) 需要使客户端与服务器端能够互相进行身份验证，以确认对方的真实身份。 2 2 2 ，2 网络地理信息系统数据传输安全平台的总体结构 网络地理信息系统数据传输安全平台可以被分为4 个层次： 第一个层次：客户端b r o w s e r ； 第二个层次：客户端安全代理： 第三个层次：服务器端安全代理； 第四个层次：服务器端w e bs e r v e r ； 根据上述的系统安全需求，可以设计出系统的逻辑结构，具体的逻辑框图如图 2 1 所示。 2 2 2 3 系统工作原理描述 安全代理中间件主要由两部分组成：客户端安全代理和服务器端安全代理。对 于客户端安全代理，它可以分为两个部分，即h t t p 协议代理部分和安全通信部分。 它主要的作用有如下。 ( 1 ) 接收来自浏览器的访问请求，对访问普通页面的请求和有安全需求的请求分 别进行处理后再进行发送。 ( 2 ) 与服务器端安全代理进行安全通信。 ( 3 ) 使客户端与服务器端实现相互间的身份认证。 对于服务器端安全代理，它一般只由安全通信部分构成。主要的作用如下。 ( 1 ) 同时与多个服务器端安全代理进行安全通信。 ( 2 ) 使客户端与服务器端实现相互问的身份认证。 华北l 乜力人学硕十学位论文 图2 - 1 系统逻辑框图 基于安全代理中间件建立的数据传输安全平台的工作过程可分为4 个阶段。 ( 1 ) 客户端与服务器端建立安全的连接。 ( 2 ) 客户端与服务器端协商安全通信参数，相互认证对方身份。 ( 3 ) 如果双方认证成功，则双方利用协商好的参数进行安全通信：否则，如果双 方认证失败，则断开第一步建立的安全连接。 ( 4 - ) 在安全通信结束后，双方断开连接。 客户端与w e b g i s 服务器端进行安全数据传输的具体过程设计如下。 ( 1 ) 客户端安全代理启动，在某一指定端口( 通常为8 0 8 0 ) 监听客户端浏览器的 连接请求。服务器端安全代理启动，在某一指定端口监听客户端安全代理的连接请 求。 华北电力人学硕十学位论文 ( 2 ) 客户端安全代理接收客户端浏览器的连接申请，解析申请，确定将要连接的 服务器端安全代理的i p 地址和端口号。 ( 3 ) 客户端安全代理向服务器端安全代理发送一个建立连接请求。 ( 4 ) 服务器端安全代理启动一个子进程( p ) 处理这个连接请求，它自己仍然在原端 口继续监听其它连接请求。 ( 5 ) 如果此次连接申请为该客户端与服务器端的第一次连接，则双方互相需要验 证对方身份，否则返回接受连接的消息。身份验证过程主要涉及到双方身份信息的 交换与确认、各种安全参数的协商等操作。 ( 6 ) 客户端安全代理在收到服务器端代理的接受连接消息后，利用双方在认证阶 段协商好的安全参数对准备发送的信息进行加密处理，将密文发送给服务器端的子 进程p 。 ( 7 ) 子进程p 通过相同的安全参数对接收到的密文进行解密，将结果转发给后台 的w e b s e r v e r 和网络地理信息系统。 ( 8 ) 网络地理信息系统对用户的请求进行处理，将处理结果由w e bs e r v e r 发送给 子进程p 。 ( 9 ) 子进程p 利用协商好的安全参数对结果消息进行加密处理，并将结果传送回 客户端安全代理。 ( 1 0 ) 客户端安全代理利用协商好的安全参数对接收到的数据进行解密，将结果转 发给客户端浏览器。 ( 1 1 ) 在数据传送完毕后，客户端与服务器端关闭连接和子进程p 。 至此，客户端与服务器端的安全数据传输完成。 2 2 3 基于i n t e m e t 的g i s 设计 2 2 3 1 系统设计 ( 1 ) 系统的基本框架1 3 1 l 系统的基本框架设计充分考虑到数据和软件的安全性。在服务器端采用局域网 技术，将w e b g i s 服务器和地图数据存储于不同豹物理介质上，增强了安全性，图 2 2 所示为系统的基本框架。 4 华北电力人学硕十学位论文 图2 - 2w e b g l s 基本框架 ( 2 ) 系统的数据组织 传统的g i s 软件采用的是数据文件的数据组织方式，即对于每j 个要素层分为 坐标文件( z b ) 和属性文件( ，s x ) ，在数据检索过程中采用文件检索的方法。这种数据 组织方法的运行效率低的缺点在w e b g i s 这种基于网络模式下是无法容忍的，所以 必须设计出适用于w e b g i s 的数据组织方式。 e s r i 公司对于a r c i n f o 的数据组织方法，采用三个文件来组织几何和属性 数据，分别是矢量数据文件( d a t 存储地物的几何数据) 、索引文件( s h x 存储地物 的索引信息) 属性数据表文件( t a b 存储地物的属性信息) ，如图2 3 所示。 臣丑三工卫 图2 - 3w e b g i s 数据文件 矢量数据文件( d a t ) 包含一个定长的文件头，其中每个不定长的记录内容对应 一定长的记录头。图2 - 4 举例说明矢量数据主文件的结构。 定长文件头 定长记录头变长记录内容 定长记录头变长记录内容 定长记录头变长记录内容 l 璺l2 - 4 矢鼙数据文什结构 华北电力人学硕十学何论文 其中定长文件头用来表示数据文件的说明信息，如文件版本、文件长度、文件 表示区域的坐标值等：定长记录头表示当前记录号和该汜录的内容长度。 在数据组织时，沿用了对平面空间的目标分类，即：点( p o i n t ) 、线( p o l yf i n e ) 、 面( p o l y g o n ) 。 索引文件主要用于提高数据检索速